1. Принципы координации в задачах управления сложными объектами.

С ростом масштабов объектов управления в больших и сложных системах чрезвычайно увеличивается объем перерабатываемой информации и сложность алгоритмов управления. Осуществить централизованное управление не представляется возможным, хотя оно, в принципе, позволяет обеспечить наилучшую согласованность принимаемых решений по всем аспектам, проблемам и подпро­блемам. Поэтому субъект управления, не справляющийся с огромным потоком информации, которую он должен переработать для принятия эффективных управленческих решений, вынужден «раздать» или «делегировать» задачи управления другим, специально организуемым для этой цели элементам системы. Таким образом, возникает необходимость разделения функций и органов управления. Разделение функций управления, позволяя справиться с информационными трудностями для каждого образуемого специализированного органа управления, порождает другую проблему: согласования принимаемых этими органами решений и действий в интересах достижения глобальной цели управления. Эта проблема может быть решена единственным образом: путем создания нового органа, обеспечивающего согласованный характер решения частных задач управления, то есть «органа управления органами управления». Так выстраивается иерархическая «пирамида» управления. Главной причиной использования иерархического управления является несоответствие между сложностью управляемого объекта и способностью любого отдельного органа управления получать и перерабатывать всю необходимую информацию.

Проблема координации.

Цель высшей подсистемы  влиять на низшие таким образом, чтобы достигалась общая цель функционирования всей системы. В системе выделены два вида взаимодействия между подсистемами. Один  это передача вниз командных сигналов: управляющих воздействий от к p и координирующих воздействий от к или «вмешательств». Другой – реализует обратные связи и связи отдельных управляемых подпроцесов друг с другом. Так как подсистемы низшего уровня могут иметь различные локальные цели и, следовательно, находиться в конфликтном взаимодействии, то задача координации для системы состоит в воздействии на нижестоящие системы так, чтобы по возможности достигалась общая глобальная цель управления. Задача координатора состоит в уменьшении последствий конфликта. Основная причина возникновения конфликтов в двухуровневой системе управления связана как с взаимодействием подпроцессов, так и с тем, что каждый из нижестоящих решающих элементов управления находится в неведении относительно решений, принятых другими элементами управления нижнего уровня. Очевидно, что конфликт не возникнет, если входы связей , желательные с точки зрения каждой подсистемы , совпадают с теми, которые фактически имеют место в процессе работы системы. Поэтому необходимо «помочь» учесть подсистемам управления взаимодействия подпроцессов. Пусть – элементы множеств внешних, управляющих, информационных, координирующих, выходных сигналов. Тогда управляемый процесс задается отображением , – произведение множеств управляющих сигналов: , . Модель функционирования i-ой локальной подсистемы реализуется в виде отображения , – множество информационных сигналов обратных связей. Модель координатора выглядит как Информационные обратные связи первого и второго уровня реализуются отображениями

, . Глобальная цель управления сводится в общем случае к следующей оптимизационной задаче: , , V – пространство значений показателя качества управления. Имеются локальные оптимизационные задачи при управлении каждым процессом, определяемые локальными целевыми функциями качества

. Необходимо обеспечить такую координацию работы подсистем нижнего уровня, которая бы обеспечила достижение глобально оптимального управления. Двухуровневая система считается координируемой, если задачи, решаемые на уровне нижестоящих элементов, могут быть скоординированы относительно поставленной глобальной задачи.

При координации не всегда возможно реализовать взаимодействие с реализацией локально оптимального управления. Если при этом достигается и локально оптимальное управление, то задачи различных уровней являются совместимыми. Различают два основных подхода к решению задач координации: координация путем изменения целей и координация путем изменения ограничений. Координация путем изменения целей состоит в изменении локальных показателей качества, которые выбираются из множества допустимых. В результате каждый координирующий сигнал направлен на выбор соответствующей функции качества элемента . Координация путем изменения ограничений осуществляется тремя основными способами: на основе принципа «развязывания» взаимодействий; на основе принципа «прогнозирования» взаимодействий; на основе принципа «оценки» взаимодействий.

1. Принцип развязывания или баланса взаимодействий состоит в том, что каждый нижестоящий элемент (подсистема) получает право при решении собственной задачи рассматривать связующие воздействия подпроцессов как дополнительные свободные переменные, которые он волен выбирать по своему усмотрению. Очевидно, что подлежащие решению задачи нижестоящего уровня определяются в этом случае так, как если бы нижестоящие элементы и подпроцессы были бы полностью развязаны, то есть – автономными. Тогда для любого S подсистема выберет пару , , удовлетворяющую ее локальной цели. Компоненты при этом как бы играют роль дополнительных компонентов управления. Если на процесс подается управление , зависящее от координации , то роль координатора состоит в том, чтобы обеспечить ≃ . Фактические взаимодействия удовлетворяют требованиям подсистем, то есть создают «благоприятные» условия для их функционирования.

2. Принцип прогнозирования взаимодействий основан на том, что координирующие сигналы несут каждой подсистеме прогнозы взаимодействий , которые будут иметь место при подаче управлений, . Если подсистема использует как истинное воздействие, то модель подпроцесса параметризуется и проблема полностью локализуется, то есть подсистема выбирает управление , удовлетворяющее локальной цели. Итак, на вход процесса подается управление , которое удовлетворяет общей цели каждый раз, когда . Данный принцип координации как бы ставит каждую подсистему управления в «жесткие» условия.

3. Если вместо предсказания взаимодействий допускается указание диапазонов возможных значений взаимодействий, то есть реализуется принцип оценки взаимодействий. Его суть состоит в том, что координатор сообщает диапазоны возможных значений , (выделяя множество ), в пределах которых осуществляется допускаемое изменение взаимодействий как некоторых возмущений, не влияющих существенно на достижение глобальной цели. Таким образом, коль скоро глобальная задача оптимизации задана, а локальные оптимизационные задачи в том или ином виде параметризуются в результате подачи координирующих сигналов, то задача координатора состоит в том, чтобы найти оптимальный координирующий сигнал (если таковой существует), устраняющий последствия конфликтных и неучтенных взаимодействий подсистем.